ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физико-химическая картина влажного и сухого осаждений из атмосферы из "Химический состав и радиоактивность атмосферы" ИСХОДИТЬ главным образом на частицах с радпусами лгеньше 0,1 мк, то вклад еь в е, по-видимому, будет пренебрежимо мал. Эта оценка не будет сильно изменяться, если принимать во внимание электрические заряды, обычно встречающиеся на аэрозолях и облачных капельках. [c.339] Однако некоторые наблюдения, по-видимому, указывают на более высокую скорость захвата. Кумай [47] испарял снежные кристаллики, собранные на высоте 1 км при температурах, близких к нулю градусов, и остаток исследовал при помощи электронного микроскопа. Кроме больщих центральных ядер , на которых начинают расти кристаллы, он обнаружил большое количество маленьких частиц. Распределение ио размерам этих частиц имеет максимум вблизи 0,025 мк, подобно естественным аэрозолям. Частицы были равномерно распределены по всему кристаллу с концентрацией 1 мк . Таким образом, снежный кристаллик диаметром 1,6 мм и толщиной 10 мк содержит около 10 частиц с общей массой примерно 5- 10 г. Эта масса соответствует аэрозольной частице с радиусом 5 мк и сравнима с массой центрального ядра . Данные наблюдения указывают на значительную эффективность сбора для частиц Айткена и плохо согласуются с предыдущими исследованиями, если не предположить каких-либо исключительных условий или высоких электрических зарядов. [c.339] Вообще комбинация различных процессов будет приводить к зависимости е от размеров аэрозольных частиц. Например, для континентальных аэрозолей конденсация и вымывание в облаке дают высокую эффективность удаления частиц с радиусами более 0,2 мк. С другой стороны, захват аэрозольных частиц облачными капельками вследствие броуновского движения является высокоэффективным для частиц с радиусом меньше 0,02 мк. Поэтому следует ожидать, что скорость влажного осаждения будет минимальной для частиц с радиусом между 0,05 и 0,1 мк. Гринфилд [30] приходит к подобным выводам при теоретическом исследовании удаления частиц из облаков атомных взрывов, но он учитывает только два эффекта захват вследствие броуновского движения и вымывание осадками. Поэтому, прежде чем применять его выводы к естественным условиям, в них следует внести уточнения. [c.340] Другой интересной величиной в формуле (1) является содержание воды в жидкой фазе Ь. Оно может быть несколько больше наблюдаемых значений в дождевых облаках, так как из последних часть воды могла уже выпасть. Содержание воды в дождевых облаках, по-видимому, достаточно постоянно и изменяется приблизительно между 1 и 2 г/м (см., например, [57]). Оно должно быть меньше количества воды, определенного по влажной адиабате, которое приблизительно равно 4 г/жз в умеренных щиротах. В разд. 1.2.2 отмечалось, что истощение кислорода-18 в дождевой воде при бо =—7 может указывать на то, что значительная часть осаждающегося водяного пара действительно удаляется осадками. Однако испарение пресной воды над сушей и истощение вследствие предыдущих дождей в той же самой массе воздуха имеет тот же эффект, так что из этих наблюдений невозможно сделать определенные выводы относительно Ь. Можно предполагать, что действительные значения L будут близки к значениям, которые наблюдаются в дождевых облаках. [c.340] Вудкок [68] недавно сравнил наблюдения по концентрации хлоридов в орографических дождях при пассатных ветрах на склонах о. Гавайи с теоретической величиной /el = e /L. Концентрация хлоридов в воздухе с была получена с помощью самолетных наблюдений на уровне основания облака, и L было вычислено в предположении, что воздух поднимается в среднем на половину наблюдаемой толщины облака от его основания. Это значение L соответствует теоретическому среднему содержанию воды в жидкой фазе в облаке в соответствии с влажной адиабатой. Вычисленные значения гl = e /L согласуются с наблюдаемыми значениями в пределах 30% при 8=1. Это исследование представляет лучшее количественное доказательство пригодности формулы (1). [c.341] Формула (1) не означает, что все облачные капли имеют одинаковую концентрацию. Этого следует ожидать только в том случае, если они формируются путем случайного столкновения. [c.341] До сих пор предполагалось, что с не зависит от количества и предыстории осадков. На территориях или в воздушных массах с частыми осадками с будет меньше, чем для обособленных ливней. Например, Георгии и Вебер [21] нашли, что концентрация различных составляющих в дождевой воде примерно вдвое выше в осадках после сухого периода, длящегося по крайней мере 3 дня, чем в дождях после сухого периода, длящегося менее 12 час. Наблюдаемое уменьшение концентрации в дожде с увеличением количества осадков (см. рис. 71) может быть также частично обусловлено уменьшением с в сильных ливневых дождях. [c.342] Принимая распределение по размерам полностью растворимых континентальных частиц, приведенное на рис. 23, и Я=1000 м, мы получим значения для 2 как функцию от (табл. 52). Они имеют тот же порядок, что и наблюдаемые концентрации, и показывают, какое значение вымывание осадками имеет для химии дождя. Для сравнения с наблюдаемыми концентрациями отдельных примесей следует считать, что в континентальных аэрозолях растворимой является только часть аэрозольного вещества и что гигантские частицы под облаком удаляются достаточно быстро. [c.343] Ландсберг [49] измерил значение pH в отдельных дождевых каплях и нашел, что они лежат в интервале 3—5,5. Эти цифры немного ниже обычных значений pH в дожде и, возможно, испытывают влияние близости Бостона. Наименьшие капельки имеют самые низкие значения. Это, по-видимому, указывает либо на то, что большинство веществ, влияющих на концентрацию ионов водорода, собрано ниже облака, либо на то, что имело место испарение. [c.344] Для примера примем средние размеры частиц 4 и 8 ж/с и вычислим количества осадков /г1 и Л2, при которых соответственно концентрация в дождевой воде и концентрация частиц, находящихся ниже облака, уменьшаются вдвое. [c.344] Трудно предполагать, что эта модель вымывания осадками может быть подтверждена наблюдениями, поскольку она дает величину к, а не кч, и поскольку среднее значение к1, вероятно, более важно, чем 2- Сомнительно также, справедливо ли предположение об устойчивости воздушной массы под облаком, так как ливни являются динамическими, а не статическими системами. Тем не менее модельные расчеты такого типа могут быть полезны при обсуждении наблюдений (разд. 4.3.1). [c.345] Выражение т)гЗп(г) /- в формуле (3) приблизительно пропорционально концентрации аэрозолей в воздухе с, и, таким образом, на основании соотношения (2) мы можем предполагать то же самое для к. Коэффициент пропорциональности между к и с зависит только от метеорологических факторов, и его среднее значение за достаточно большие периоды может быть постоянным. Это означает, что при таких условиях общее количество осевшей примеси будет пропорционально средней концентрации ее в воздухе и общему количеству осадков. Анализ данных по выпадению стронция-90 (разд. 3.4.4) доказывает это положение, которое, конечно, может рассматриваться только как приближение, но которое весьма полезно при рассмотрении запасов в химии воздуха и в геохимии. Продукты деления, подобные Зг , которые постоянно поглощаются почвой н которые можно отличить от веществ почвы, служат превосходными трассерами для изучения этой связи. Естественные примеси в дождевой воде либо являются растворимыми и постоянно удаляются благодаря речному стоку при стационарных условиях, либо являются нерастворимыми, но неотличимы от веществ почвы. [c.345] В разд. 3.2.2 и 3.4.3 и табл. 42 рассматривались наблюдения времени пребывания естественных аэрозолей и радиоактивности в тропосфере. Теперь дадим простую модель, которая позволит произвести приближенное вычисление этого важного параметра по облачным данным и данным по осадкам [42]. [c.346] Для аэрозольных примесей, частицы которых имеют размеры меньше 1 мк и не могут выводиться вследствие вымывания, у будет соответственно меньше, например будет составлять половину величины для общей аэрозольной массы в континентальном воздухе. [c.347] Для аэрозолей, которые сконцентрированы главным образом в верхней части тропосферы (как, например, продукты деления), эффективное значение Я будет больше и т — более продолжительным. Для аэрозольных примесей с размером около 0,05—0,1 мк в континентальном воздухе е, конечно, меньше 1,0 и т соответственно больше Однако надежных данных обо всех этих параметрах все еще почти нет, и единственное, что можно сказать в настоящее время, это что согласие между наблюдаемыми значениями, которые приведены в табл. 42, и значениями в табл. 54 является обнадеживающим. [c.348] Вертикальный профиль распределения RaD, приведенный на рис. 69 и вычисленный с помощью этой модели, удовлетворительно аппроксимирует наблюдаемые профили, за исключением данных выше тропопаузы для Великобритании. Это подтверждает наши прежние выводы, что стратосферный воздух над Англией, очевидно, имеет континентальное происхождение с первоначально высоким содержанием радона. В правой части рис. 69 приведены профили концентрации радона для устойчивого состояния при учете процессов перемешивания и распада, вычисленные для той же самой модели. [c.350] Из этого обсуждения можно заключить, что хотя как наблюдения, так и теоретические исследования все еще не являются окончательными, но все-таки они совместимы и дают согласную картину. [c.350] Коэффициент поглощенпя о газов в воде определяет объем растворенного газа на единицу объема воды и не зависит от парциального давления для газов первой категории (закон Генри). Чтобы найти отношение общего количества растворенного газа к нерастворенному в облаке, рассмотрим объемное отношение воды в жидкой фазе к объему воздуха, занимаемого облаком, которое определяется отношением /р, где р — плотность воды и I — содержание воды в жидкой фазе в облаке, выраженное в г/с,из вместо обычно принятого 1/р численно равно Ь, и отношение общего растворенного газа к нерастворенному в этом случае равно Ы. Поскольку величина I имеет порядок 10 , ясно, что только газы, для которых б 10 , могут быть в заметной степени удалены из облака. Для газов первой категории значение 6 при нормальных температурах обычно лежит в диапазоне 0,01—0,1. Кроме того, выведение этих газов из атмосферы будет лишь вре.менным, из-за того что растворенный газ продолжает обмениваться с воздухом и освобождается каждый раз, когда вода испаряется. [c.351] При этих условиях 87% ЫНз было бы растворено и раствор был бы почти нейтральным. Поскольку значения pH от 5 до 6 обычны для дождя, то такие значения pH должны в присутствии Ы Нз контролироваться не СОг, а иными примесями и приводить к значительной эффективности выведения ЫНз. Но наблюдения, по-видимому, не указывают на более существенное удаление ЫНз по сравнению с други.ми газами (например, ЗОг и ЫОг). Георгин [19] измерил концентрацию этих газов в воздухе непосредственно перед дождем и после него (табл. 55) и обнаружил небольшие различия. Однако не ясно, в какой степени эти данные могут быть использованы для сравнения, так как они относятся к призелшому слою воздуха, а не к высоте облака, и они, кроме того, могут изменяться вследствие обмена воздущных масс в период дождя. [c.353] Вернуться к основной статье